隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,現(xiàn)代工業(yè)對異種金屬焊接的復(fù)合構(gòu)件需求越來越迫切。其中,銅/鈦復(fù)合構(gòu)件不僅滿足對金屬材料導(dǎo)熱、導(dǎo)電性的需求,而且還兼?zhèn)淠透g和耐低溫等優(yōu)良性能。然而這兩種金屬的熱物理和化學(xué)冶金性能差異較大,焊接接頭較易形成復(fù)雜的脆性金屬間化合物Ti_xCu_y。相比其它異種金屬的焊接方法,超聲波焊接具有高效環(huán)保、焊件變形小、不易產(chǎn)生脆性金屬間化合物等優(yōu)點,對銅/鈦異種金屬的連接具有獨特優(yōu)勢。本文提出采用超聲波點焊技術(shù)實現(xiàn)1mm厚的T2純銅和1mm厚的Ti6Al4V鈦合金異種金屬的連接,基于熱-力耦合,建立三維有限元分析模型,模擬分析在不同焊接工藝參數(shù)下銅/鈦超聲波焊接接頭界面的溫度場和應(yīng)力場分布規(guī)律;研究不同焊接工藝參數(shù)對銅/鈦超聲波焊接接頭的界面成形、微觀結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能的影響;采用鋅箔中間層,改變銅/鈦焊接接頭界面層的組織結(jié)構(gòu),增大接頭有效結(jié)合面積,進(jìn)而提高接頭力學(xué)性能。有限元分析結(jié)果如下:銅/鈦超聲波焊接接頭界面的溫度場和應(yīng)力場分布具有不均勻性,壓痕下方界面溫度和應(yīng)力最大并向四周逐級遞減。隨著焊接能量的增加,銅/鈦接頭界面最高溫度和高... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學(xué)位級別】：碩士

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銅-鈦二元相圖

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文41.3銅/鈦異種金屬焊接的研究進(jìn)展由于銅/鈦異種金屬復(fù)合構(gòu)件在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域具有潛在的發(fā)展前景，近年來許多國內(nèi)外學(xué)者為獲得優(yōu)質(zhì)的銅/鈦復(fù)合構(gòu)件在工藝方面開展了積極有益的探索，嘗試使用不同的焊接方法如激光焊、電子束焊、CMT焊、摩擦焊、爆炸焊和擴(kuò)散焊[26]�，F(xiàn)將對以上的焊接方法進(jìn)行簡要概述。1.3.1銅/鈦激光焊YongZhao等人[27]對T2純銅和TA18鈦合金進(jìn)行了激光焊接試驗。主要研究當(dāng)使用激光束以0.45mm的偏移量照射Cu側(cè)母材時(如圖1.2所示)，其接頭組織和力學(xué)性能的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Cu側(cè)焊接熔合線主要由Cu固溶體組成，界面焊縫區(qū)處的金屬間化合物(IMC)的厚度約25μm，金屬間化合物由TiCu，TiCu2，Ti2Cu和Ti3Cu4混合組成。銅/鈦對接接頭斷裂位置發(fā)生在金屬間化合物層處，接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)到151MPa，相當(dāng)于銅母材金屬抗拉強(qiáng)度的61%。圖1.2激光對銅偏移示意圖Fig.1.2SchematicdiagramofthelaseroffsettoCuXiao-LongGao等人[28]采用添加鈮中間層的激光輔助釬焊實現(xiàn)了對銅和鈦合金的連接。焊接過程如圖1.3所示，研究表明，熔合區(qū)包括在Ti6Al4V/Nb界面形成的Ti基和Nb基固溶體，而擴(kuò)散結(jié)合層包括在Nb/Cu界面形成的Cu基和Nb基固溶體。Nb夾層的使用成功防止了熔池中Ti和Cu的結(jié)合，從而避免了TixCuy脆性相的形成。帶有Nb中間層的Cu/Ti接頭的最大抗拉強(qiáng)度為225MPa，

第1章緒論5斷裂位置出現(xiàn)在Nb/Cu界面附近的Cu側(cè)界面區(qū)域并呈韌性斷裂。圖1.3激光輔助釬焊焊接過程Fig.1.3Laserassistedbrazingprocess王偉宇等人[29]對T2紫銅和TA18鈦合金進(jìn)行了激光自熔焊接試驗，試驗發(fā)現(xiàn)接頭焊縫處形成大量TixCuy類金屬間化合物，接頭的最大抗拉強(qiáng)度僅為81MPa。為了改善接頭的力學(xué)性能，采用不同厚度的V中間層進(jìn)行銅/鈦異種金屬的激光焊接試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用0.2mm厚的V中間層時，焊縫中仍有大量的TixCuy脆性相形成，接頭抗拉強(qiáng)度幾乎沒有提升，約為84MPa；當(dāng)采用0.4mm厚的V中間層時,焊縫鄰近銅界面幾乎不產(chǎn)生金屬間化合物，焊縫鄰近鈦界面仍有大量的脆性相形成，接頭抗拉強(qiáng)度有所提升，約為153MPa；當(dāng)采用0.6mm厚的V中間層時，接頭焊縫處脆性相含量顯著減少，接頭抗拉強(qiáng)度約為176MPa。1.3.2銅/鈦電子束焊ShunGuo等人[30]采用真空電子束焊接方法成功連接Ti6Al4V鈦合金和T2純銅異種金屬，電子束焊接過程示意圖如圖1.4所示。結(jié)果表明，Cu母材可以很好地潤濕Ti合金表面，但反之則不然。因此，在銅板上移動電子束有助于改善其外觀質(zhì)量和結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)電子束以1.4mm的偏移量移向銅母材時，Cu/Ti焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)147MPa，相當(dāng)于T2銅母材抗拉強(qiáng)度的63%。微觀組織分析表明，熔合區(qū)存在一個薄的金屬間化合物層。它由多種TixCuy金屬間化合物組成，例如Ti2Cu、TiCu、Ti3Cu4和β-TiCu4等。斷裂位置發(fā)生在金屬間化合

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3226206